JP5370205B2 - バスバーの締結構造および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品に溶接したバスバーの締結構造と、該締結構造を備えた電力変換装置に関する。

従来から、電子機器に用いられるバスバーの締結構造として、図９に示すごとく、収納ケース９１内に固定した第１電子部品９２と、該第１電子部品９２に溶接した第１バスバー９３と、第２電子部品９５と、該第２電子部品９５に接続した第２バスバー９６とを備え、第１バスバー９３と第２バスバー９６とを、締結部材９７を用いて端子台９４に締結固定したものが知られている（下記特許文献１参照）。

これらのバスバー９３，９６を締結する際には、図８に示すごとく、先ず、収納ケース９１内に第１電子部品９２を固定し、第２電子部品９５を取り付けない状態で、第１バスバー９３の溶接部９９を第１電子部品９２に溶接する。その後、図９に示すごとく、第２電子部品９５を収納ケース９１に取り付け、第１バスバー９３と第２バスバー９６とを締結部材９７によって端子台９４に締結固定する。溶接する前に締結工程を行うと、第２電子部品９５によって溶接部９９が隠れてしまうので、溶接部９９を溶接できなくなってしまう。そのため、第２電子部品９５を取り付けない状態で溶接工程を行い、その後で第２電子部品９５を取り付けて締結工程を行うようになっている。

特開２００９−２３８８３１号公報

ところが、従来のバスバーの締結構造９０は、図８に示すごとく、溶接工程を行うと第１バスバー９３が熱膨張によって反ってしまうことがあった。図９に示すごとく、反った状態で第１電子部品が溶接された第１バスバー９３を端子台９４に締結すると、締結部材９７の締結力によって反りが矯正され、平板に近い形状になる。そのため、第１バスバー９３の変形に伴って溶接部９９に応力が加わり、バスバー９３と第１電子部品９２との接続信頼性が低下する等の問題が生じていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、第１バスバーと第１電子部品との溶接部の接続信頼性を高めることができるバスバーの締結構造を提供しようとするものである。

第１の発明は、収納ケース内に固定された第１電子部品と、
該第１電子部品に溶接された第１バスバーと、
上記収納ケースに固定され、上記第１バスバーを載置する端子台と、
上記第１電子部品と上記第１バスバーとの溶接部を遮蔽する位置に配置された第２電子部品と、
該第２電子部品から延出すると共に上記第１バスバーよりも剛性の低い第２バスバーと、
上記端子台に形成された凹部内に配置した雌螺子と、該雌螺子に螺合する雄螺子とから構成され、上記第１バスバーと上記第２バスバーとを重ね合わせた状態で、これらを上記端子台に締結固定する締結部材とを備え、
上記雌螺子は、上記凹部内において該雌螺子の軸線方向に移動可能に保持されており、上記第１バスバーと上記第２バスバーとを締結する際に、上記雄螺子を上記雌螺子に螺合するに伴って、上記雌螺子は上記第１バスバーに接近し、かつ上記第２バスバーは弾性変形して上記第１バスバーに接近し得るよう構成され、
上記締結部材が上記第１バスバーと上記第２バスバーとを締結した状態において、上記雌螺子は、上記凹部から脱離しないよう上記端子台に固定されていることを特徴とするバスバーの締結構造にある（請求項１）。

第２の発明は、上記バスバーの締結構造を備え、上記第１電子部品は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールであり、該半導体モジュールのパワー端子に上記第１バスバーが溶接されており、上記第２電子部品はコンデンサであり、上記半導体モジュールと上記コンデンサとは電力変換回路の一部を構成していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項３）。

第１の発明の作用効果について説明する。本発明では、第１バスバーと第２バスバーとを締結する際に、雄螺子を雌螺子に螺合するに伴って、雌螺子が第１バスバーに接近し、かつ、第２バスバーが弾性変形して第１バスバーに接近するよう構成した。
このようにすると、第１バスバーと第２バスバーとを締結する際に、締結部材の締結力によって第１バスバーが変形しにくくなる。すなわち、本発明では、雄螺子を雌螺子に螺合した場合に、雌螺子が第１バスバーに接近するため、第１バスバーが雌螺子側に近づくように変形することを防止できる。また、締結時に、第２バスバーが弾性変形して第１バスバーに接近するため、第１バスバーが第２バスバー側に近づくように変形することを防止できる。
このように本発明では、締結部材を締結しても、第１バスバーが変形しにくくなっている。そのため、第１バスバーの溶接部に応力が加わることを防止でき、第１バスバーと第１電子部品の接続信頼性を高めることが可能になる。

また、本発明では、雌螺子は、凹部から脱離しないように端子台に固定されている。ただし、この保持力は、第１バスバーの反りを矯正する力よりは弱い。そのため、第１バスバーの変形を防止しつつ、第１バスバーおよび第２バスバーを端子台に固定することができる。

次に、第２の発明の作用効果について説明する。本発明では、上記バスバーの締結構造を用いて電力変換装置を構成した。
電力変換装置は、半導体モジュールに大きな電流が流れる。そのため、半導体モジュールのパワー端子と第１バスバーとを溶接して、これらの間に大電流を流せるようにする必要がある。また、電力変換装置の溶接部には高い接続信頼性が求められる。従って、電力変換装置は、上記バスバーの締結構造を適用した場合に、特に大きな効果が得られる装置であるといえる。

以上のごとく、本発明によれば、第１バスバーと第１電子部品との溶接部の接続信頼性を高めることができるバスバーの締結構造及び電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、第２電子部品を取り外した、バスバーの締結構造の斜視図。 実施例１における、第２電子部品を取り付けた、バスバーの締結構造の断面図。 実施例１における、端子台と半導体モジュールの分解斜視図。 実施例１における、凹部に雌螺子を配置した状態での、端子台の拡大断面図。 図４に続く図であって、第１バスバー及び第２バスバーを載置した状態での、端子台の拡大断面図。 図５に続く図であって、第１バスバー及び第２バスバーを締結部材で締結した状態での、端子台の拡大断面図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 従来例における、バスバーの締結構造の断面図であって、第１バスバーと第２バスバーを締結する前の状態のもの。 従来例における、バスバーの締結構造の断面図であって、第１バスバーと第２バスバーを締結した後の状態のもの。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記第２バスバーは、上記第１バスバーに接触する接触部と、該接触部から上記第２電子部品に向かって伸びる折曲部とを有し、上記接触部と上記折曲部とのなす角度が鈍角になるよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、接触部と折曲部とのなす角度が鈍角であるため、締結時にこの角度が広がりやすくなり、第２バスバーが弾性変形しやすくなる。そのため、締結時に第１バスバーに締結力が加わりにくくなり、第１バスバーの変形を効果的に防止できる。これにより、第１バスバーが変形して溶接部に応力が加わることを防止しやすくなり、溶接部の接続信頼性を高めることが可能になる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるバスバーの締結構造につき、図１〜図７を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例のバスバーの締結構造１は、収納ケース１０内に固定された第１電子部品２と、第１電子部品２に溶接された第１バスバー４とを備える。
収納ケース１０には、端子台６が固定されている。この端子台６に、第１バスバー４を載置する。
図２に示すごとく、第１電子部品２と第１バスバー４との溶接部４０を遮蔽する位置に第２電子部品３が配置されている。

また、第１バスバー４よりも剛性の低い第２バスバー５が第２電子部品３から延出している。
図２に示すごとく、バスバーの締結構造１は締結部材７を備える。締結部材７は、端子台６に形成された凹部６０内に配置した雌螺子７０と、該雌螺子７０に螺合する雄螺子７１とから構成されている。締結部材７は、第１バスバー４と第２バスバー５とを重ね合わせた状態で、これらを端子台６に締結固定している。

雌螺子７０は、凹部６０内において雌螺子７０の軸線方向に移動可能に保持されている。そして図４〜図６に示すごとく、第１バスバー４と第２バスバー５とを締結する際に、雄螺子７１を雌螺子７０に螺合するに伴って、雌螺子７０は第１バスバー４に接近し、かつ第２バスバー５は弾性変形して第１バスバー４に接近し得るよう構成されている。
また、図６に示すごとく、締結部材７が第１バスバー４と第２バスバー５とを締結した状態において、雌螺子７０は、凹部６０から脱離しないよう端子台６に固定されている。
以下、詳説する。

本例では、図２に示すごとく、バスバーの締結構造１を用いて電力変換装置８を構成している。すなわち、第１電子部品２は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールであり、該半導体モジュールのパワー端子２０に第１バスバー４を溶接している。また、第２電子部品３はコンデンサである。半導体モジュール２とコンデンサ３とは電力変換回路の一部を構成している。

図２に示すごとく、本例では、複数個の第１電子部品２（半導体モジュール）と、該第１電子部品２を冷却する冷却チューブ１２とを積層して積層体１４を形成している。また、収納ケース１０内には、ばね部材１３が収納されている。このばね部材１３の付勢力によって、積層体１４を収納ケース１０の内壁面１１０に押し当てて固定している。

図１に示すごとく、第１バスバー４には、直流電源の正電極に接続される正極バスバー４ａと、直流電源の負電極に接続される負極バスバー４ｂとがある。また、電力変換装置８は、交流負荷に接続される３本の交流バスバー１１を備える。この交流バスバー１１は、図３に示すごとく、外部機器に接続するための外部接続部分１１１と、パワー端子２０に溶接するための溶接部分１１２とを有する。交流バスバー１１は、端子台６と一体成型されている。すなわち、金属製の交流バスバー１１の、外部接続部分１１１と溶接部分１１２とを露出した状態で、中央部分１１３を樹脂製の端子台６の一部で封止している。
また、端子台６は、複数個の締結孔６５を有する。この締結孔６５にボルトを挿入して、端子台６を収納ケース１０に固定している（図１参照）。

図３に示すごとく、第１電子部品２は、それぞれ２個のパワー端子２０を備える。パワー端子２０には、上述した正極バスバー４ａに溶接される正極端子２０ａと、負極バスバー４ｂに溶接される負極端子２０ｂと、交流バスバー１１に溶接される交流端子２０ｃとがある。
また、第１電子部品２の制御端子２１には、図示しない制御回路基板が接続される。この制御回路基板によって、第１電子部品２内のスイッチング素子の動作を制御する。これにより、直流電力を交流電力に変換し、交流バスバー１１から出力している。

本例では、電力変換装置８を製造する際に、図２に示すごとく、先ず第１電子部品２と冷却管１２とを積層し、収納ケース１０内に固定する。そして、第２電子部品３を取り付けない状態で、第１バスバー４ａ，４ｂを第１電子部品２のパワー端子２０ａ，２０ｂに溶接する。第１バスバー４は、金属板の一片を切り曲げ加工することにより、複数のバスバー端子４２を形成してなる。このバスバー端子４２のそれぞれを、各第１電子部品２のパワー端子２０に溶接する。その後、収納ケースの支柱１００に第２電子部品３を取り付け、該第２電子部品３の第２バスバー５と第１バスバー４とを、締結部材７を使って端子台６に締結固定する。
本例では、第２電子部品３によって溶接部４０が隠れてしまうため、第２電子部品３を取り付ける前に、溶接部４０の溶接を行う。溶接工程が終了した後、第２電子部品３を収納ケース１０に取り付けて、第１バスバー４と第２バスバー５を締結する。

図４に示すごとく、端子台６には、雌螺子７０を配置するための凹部６０と、雄螺子７１の軸が入る（図６参照）雄螺子挿入部６０１が形成されている。
凹部６０は、端子台６のバスバー載置面６６に開口した第１部分６１と、該第１部分６１に連なり該第１部分６１よりも内径が小さい第２部分６２とを有する。第２部分６２の内側面には、複数個の突起６７が形成されている。雌螺子７０を凹部６０に圧入すると、雌螺子７０の径小部７００が突起６７の一部を押し潰す。そして、第２部分６２の内側面に残った突起６７が径小部７００を径方向に圧迫する。これにより、雌螺子７０を凹部６０から脱離しないように保持している。

図４に示すごとく、雌螺子７０に雄螺子７１を螺合しない状態では、雌螺子７０の締結面７５は、バスバー載置面６６よりも雄螺子挿入部６０１側に位置しており、締結面７５とバスバー載置面６６の間に隙間ｄが存在している。この後、図５に示すごとく、第１バスバー４を端子台６に載置し、第１バスバー４の溶接部４０（図２参照）を第１電子部品２のパワー端子２０に溶接する。そして、第２電子部品３を収納ケース１０に固定する。図５に示すごとく、第１バスバー４を溶接する際に、第１バスバー４が熱膨張して反る場合がある。また、第２バスバー５も反っている場合がある。

この後、図６に示すごとく、第１バスバー４に形成された貫通孔４００と、第２バスバー５に形成された貫通孔５００とに雄螺子７１を挿入し、第１バスバー４と第２バスバー５とを締結する。雄螺子７１を雌螺子７０に螺合すると、雌螺子７０が第１バスバー４に接近し、雌螺子７０の締結面７５が第１バスバー４の下面４１に接触する。この状態においても、雌螺子７０は、径小部７００の一部が突起６７によって圧迫されている。これにより、雌螺子部７０が凹部６０から脱離しないようになっている。
また、図６に示すごとく、雄螺子７１を雌螺子７０に螺合するに伴って、第２バスバー５が弾性変形し、第１バスバー４に接近して接触する。第２バスバー５は第１バスバー４よりも板厚が薄く、剛性が小さい。

図５、図６に示すごとく、第２バスバー５は、第１バスバー４に接触する接触部５０と、該接触部５０から第２電子部品３に向かって伸びる折曲部５１とを有し、接触部５０と折曲部５１とのなす角度θが鈍角になっている。

次に、本例の電力変換装置８の回路図の説明をする。図７に示すごとく、電力変換装置８は複数個の半導体モジュール２（第１電子部品）と、コンデンサ３（第２電子部品）とから構成されている。個々の半導体モジュール２は、スイッチング素子２３（ＩＧＢＴ素子）と、フリーホイールダイオード２４とを備える。上アーム側の半導体モジュール２には正極バスバー４ａが接続されており、下アーム側の半導体モジュール２には負極バスバー４ｂが接続されている。本例の電力変換装置８は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載される。直流電源１５の直流電力を電力変換装置８で交流電力に変換し、得られた交流電力で三相交流モータ１６を駆動して、車両を走行させている。

本例の作用効果について説明する。
本例では、図５、図６に示すごとく、第１バスバー４と第２バスバー５とを締結する際に、雄螺子７１を雌螺子７０に螺合するに伴って、雌螺子７０が第１バスバー４に接近し、かつ、第２バスバー５が弾性変形して第１バスバー４に接近するよう構成した。
このようにすると、第１バスバー４と第２バスバー５とを締結する際に、締結部材７の締結力によって第１バスバー４が変形しにくくなる。すなわち、本例では、雄螺子７１を雌螺子７０に螺合した場合に、雌螺子７０が第１バスバー４に接近するため、第１バスバー４が雌螺子７０側に近づくように変形することを防止できる。また、締結時に、第２バスバー５が弾性変形して第１バスバー４に接近するため、第１バスバー４が第２バスバー５側に近づくように変形することを防止できる。
このように本例では、締結部材７を締結しても、第１バスバー４が変形しにくくなっている。そのため、第１バスバー４の溶接部４０に応力が加わることを防止でき、第１バスバー４と第１電子部品２の接続信頼性を高めることが可能になる。

また、本例では、雌螺子７０は、凹部６０から脱離しないように端子台６に固定されている。ただし、この保持力は、第１バスバー４の反りを矯正する力よりは弱い。そのため、第１バスバー４の変形を防止しつつ、第１バスバー４および第２バスバー５を端子台６に固定することができる。

また、本例では、バスバーの締結構造１を用いて電力変換装置８を構成した。
電力変換装置８は、半導体モジュール２に大きな電流が流れる。そのため、半導体モジュール２のパワー端子２０と第１バスバー４とを溶接して、これらの間に大電流を流せるようにする必要がある。また、溶接部４０には高い接続信頼性が求められる。従って、電力変換装置８は、バスバーの締結構造１を適用した場合に、特に大きな効果が得られる装置であるといえる。

また、本例では、図６に示すごとく、第２バスバー５の接触部５０と折曲部５１とのなす角度θが鈍角になっている。
このようにすると、締結時に角度θが広がりやすくなり、第２バスバー５が弾性変形しやすくなる。そのため、締結時に第１バスバー４に締結力が加わりにくくなり、第１バスバー４の変形を効果的に防止できる。これにより、第１バスバー４が変形して溶接部４０に応力が加わることを防止しやすくなり、溶接部４０の接続信頼性を高めることが可能になる。

以上のごとく、本例によれば、第１バスバー４と第１電子部品２との溶接部４０の接続信頼性を高めることができるバスバーの締結構造１及び電力変換装置８を提供することができる。

１ バスバーの締結構造
１０ 収納ケース
２ 第１電子部品
３ 第２電子部品
４ 第１バスバー
５ 第２バスバー
６ 端子台
６０ 凹部
７ 締結部材
７０ 雌螺子
７１ 雄螺子
８ 電力変換装置

Claims (3)

1. 収納ケース内に固定された第１電子部品と、
   該第１電子部品に溶接された第１バスバーと、
   上記収納ケースに固定され、上記第１バスバーを載置する端子台と、
   上記第１電子部品と上記第１バスバーとの溶接部を遮蔽する位置に配置された第２電子部品と、
   該第２電子部品から延出すると共に上記第１バスバーよりも剛性の低い第２バスバーと、
   上記端子台に形成された凹部内に配置した雌螺子と、該雌螺子に螺合する雄螺子とから構成され、上記第１バスバーと上記第２バスバーとを重ね合わせた状態で、これらを上記端子台に締結固定する締結部材とを備え、
   上記雌螺子は、上記凹部内において該雌螺子の軸線方向に移動可能に保持されており、上記第１バスバーと上記第２バスバーとを締結する際に、上記雄螺子を上記雌螺子に螺合するに伴って、上記雌螺子は上記第１バスバーに接近し、かつ上記第２バスバーは弾性変形して上記第１バスバーに接近し得るよう構成され、
   上記締結部材が上記第１バスバーと上記第２バスバーとを締結した状態において、上記雌螺子は、上記凹部から脱離しないよう上記端子台に固定されていることを特徴とするバスバーの締結構造。
2. 請求項１において、上記第２バスバーは、上記第１バスバーに接触する接触部と、該接触部から上記第２電子部品に向かって伸びる折曲部とを有し、上記接触部と上記折曲部とのなす角度が鈍角になるよう構成されていることを特徴とするバスバーの締結構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のバスバーの締結構造を備えた電力変換装置であって、上記第１電子部品は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールであり、該半導体モジュールのパワー端子に上記第１バスバーが溶接されており、上記第２電子部品はコンデンサであり、上記半導体モジュールと上記コンデンサとは電力変換回路の一部を構成していることを特徴とする電力変換装置。

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